JP2006229168A - Heating method and apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、加熱方法および加熱装置に関するものである。 The present invention relates to a heating method and a heating apparatus.
半導体基板およびディスプレイ基板等の製造工程では、各基板の表層に機能領域を形成するため、不純物イオンを注入することが行われている。そして、フラッシュランプから放出される短い発光時間の光（短パルス光）を基板に照射し、熱処理（アニール）を行うことにより、表層の浅い領域の不純物イオンを、効率よく活性化および拡散させている。
しかし、フラッシュランプから放出される光エネルギー（照度）には空間的な偏りがあるため、各基板の大型化に伴い、熱処理が不均一になるおそれがある。
In the manufacturing process of a semiconductor substrate, a display substrate, etc., impurity ions are implanted in order to form a functional region in the surface layer of each substrate. Then, by irradiating the substrate with light having a short light emission time (short pulse light) emitted from the flash lamp and performing heat treatment (annealing), impurity ions in the shallow region of the surface layer can be activated and diffused efficiently. Yes.
However, since there is a spatial bias in the light energy (illuminance) emitted from the flash lamp, the heat treatment may become non-uniform as the size of each substrate increases.
そこで、フラッシュランプと各基板との間にフィルタを介在させ、光エネルギーの偏りを平均化させることで、熱処理を均一化させる方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
ところが、特許文献１の方法では、例えば導電パターンが形成された透明なガラス基板を熱処理する場合、透明な基板部分周辺と不透明なパターン部分周辺とでは、それぞれの光吸収率の違いによって各部分間の温度差が大きくなり、熱処理の程度にバラツキが生じ易いという問題がある。
Therefore, a method is disclosed in which a heat treatment is made uniform by interposing a filter between the flash lamp and each substrate and averaging the bias of light energy (see, for example, Patent Document 1).
However, in the method of Patent Document 1, for example, when a transparent glass substrate on which a conductive pattern is formed is heat-treated, there is a difference in light absorption between the transparent substrate portion and the opaque pattern portion. There is a problem that the temperature difference of the heat treatment increases and the degree of heat treatment tends to vary.
また、近年、各基板上に形成される配線の微細化や素子特性の向上に伴い、より短い発光時間の光を照射したり、発光パターンを微妙に制御することにより、不純物イオンの活性化および拡散を精度よく制御することが必要とされている。
しかしながら、発光時間が短くなるとともに、基板各部の材質や形状等に起因する光吸収率の違いによって、熱処理のバラツキがより顕在化する問題が生じている。
また、フラッシュランプは、その構造上、発光時間を容易に変えることができないため、熱処理の細かい制御は困難である。
In recent years, with the miniaturization of wiring formed on each substrate and the improvement of element characteristics, activation of impurity ions can be performed by irradiating light with a shorter light emission time or finely controlling the light emission pattern. There is a need to control diffusion accurately.
However, there is a problem that the light emission time is shortened and the variation in heat treatment becomes more obvious due to the difference in the light absorptance due to the material and shape of each part of the substrate.
In addition, since the flash lamp cannot easily change the light emission time due to its structure, fine control of the heat treatment is difficult.
本発明の目的は、被処理部材の構成によらず、目的とする熱処理を効率よく行う加熱方法およびこの加熱方法を行う加熱装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a heating method for efficiently performing a target heat treatment and a heating apparatus for performing this heating method, regardless of the configuration of a member to be processed.
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の加熱方法は、光熱変換手段に対して、光源と反対側に被処理部材を配置し、
前記光源から照射された光を、前記光熱変換手段により熱に変換し、この熱により前記被処理部材を加熱することを特徴とする。
これにより、被処理部材の構成によらず、目的とする熱処理を効率よく行うことができる。
Such an object is achieved by the present invention described below.
In the heating method of the present invention, a member to be processed is disposed on the side opposite to the light source with respect to the light-to-heat conversion means,
The light emitted from the light source is converted into heat by the photothermal conversion means, and the member to be processed is heated by this heat.
Thereby, the target heat processing can be performed efficiently irrespective of the structure of a to-be-processed member.
本発明の加熱方法では、前記光熱変換手段は、前記光の少なくとも一部を吸収して発熱する光吸収体を有することが好ましい。
これにより、光吸収体から発生する輻射熱を被処理部材に与え、被処理部材を加熱することができる。
本発明の加熱方法では、前記光吸収体は、シリコンを含有する材料を主材料として構成されていることが好ましい。
これにより、材料の耐熱性が向上するため、強度の強い光に対しても光吸収体の劣化をより確実に防止または抑制することができる。
In the heating method of the present invention, it is preferable that the photothermal conversion means has a light absorber that generates heat by absorbing at least a part of the light.
Thereby, the radiant heat which generate | occur | produces from a light absorber can be given to a to-be-processed member, and a to-be-processed member can be heated.
In the heating method of the present invention, it is preferable that the light absorber is composed mainly of a material containing silicon.
Thereby, since the heat resistance of the material is improved, it is possible to more reliably prevent or suppress deterioration of the light absorber even with strong light.
本発明の加熱方法では、前記光吸収体は、膜状または層状をなしていることが好ましい。
これにより、光吸収体の光源側の面から、被処理部材側の面への熱伝導が向上し、光熱変換に要する時間、すなわち、光吸収体が光を受けてから発熱するまでの所要時間を短縮することができる。
In the heating method of the present invention, it is preferable that the light absorber has a film shape or a layer shape.
As a result, heat conduction from the light source side surface of the light absorber to the surface of the member to be processed is improved, and the time required for photothermal conversion, that is, the time required for the light absorber to generate heat after receiving light. Can be shortened.
本発明の加熱方法では、前記光吸収体は、その平均厚さが１０ｎｍ〜１００μｍであることが好ましい。
これにより、光吸収体は、被処理部材を加熱するのに必要な光を十分に吸収することができ、光熱変換に要する時間もより短縮することができる。また、光吸収体の各部における発熱量のバラツキを低減する効果も得られる。
In the heating method of the present invention, the light absorber preferably has an average thickness of 10 nm to 100 μm.
Thereby, the light absorber can sufficiently absorb the light necessary for heating the member to be processed, and the time required for the photothermal conversion can be further shortened. In addition, an effect of reducing variation in the amount of heat generated in each part of the light absorber can also be obtained.
本発明の加熱方法では、前記光熱変換手段は、前記光吸収体を補強する補強体を有することが好ましい。
これにより、光吸収体を補強することができる。
本発明の加熱方法では、前記補強体は、前記光を透過し得るものであり、前記光吸収体の前記被処理部材と反対側に設けられていることが好ましい。
これにより、光源から照射された光は、補強体を透過し、より確実に光吸収体に照射される。
In the heating method of the present invention, it is preferable that the photothermal conversion means has a reinforcing body that reinforces the light absorber.
Thereby, a light absorber can be reinforced.
In the heating method of the present invention, the reinforcing body is capable of transmitting the light, and is preferably provided on the opposite side of the light absorber from the member to be treated.
Thereby, the light irradiated from the light source passes through the reinforcing body and is more reliably irradiated to the light absorber.
本発明の加熱方法では、前記補強体は、透光性セラミックス材料を主材料として構成されていることが好ましい。
透光性セラミックス材料は、透光性および耐熱性に優れるため、光源から放出される光をより確実に光吸収体に照射するとともに、光吸収体で生じる熱によって補強体が劣化するのをより確実に防止することができる。
In the heating method of the present invention, it is preferable that the reinforcing body is composed of a translucent ceramic material as a main material.
Since the translucent ceramic material is excellent in translucency and heat resistance, the light absorber is more reliably irradiated with light emitted from the light source, and the reinforcement body is further deteriorated by heat generated in the light absorber. It can be surely prevented.
本発明の加熱方法では、前記補強体は、板状をなしていることが好ましい。
これにより、光源から照射された光をより確実に透過させるとともに、光熱変換手段全体の機械的強度にバラツキが生じるのを防止することができる。
本発明の加熱方法では、前記光熱変換手段は、波長１μｍの光の吸収率が５０〜９９％であることが好ましい。
これにより、光熱変換の効率を高め、被処理部材に与える熱量をより増大させることができる。
In the heating method of the present invention, it is preferable that the reinforcing body has a plate shape.
As a result, it is possible to more reliably transmit light emitted from the light source and prevent variations in the mechanical strength of the entire photothermal conversion means.
In the heating method of the present invention, it is preferable that the light-to-heat conversion means has an absorptance of light having a wavelength of 1 μm of 50 to 99%.
Thereby, the efficiency of photothermal conversion can be improved and the amount of heat given to the member to be processed can be further increased.
本発明の加熱方法では、前記光源は、前記光熱変換手段の受光面における照度が１０００ルクス以上となる光を放出するものであることが好ましい。
これにより、光熱変換手段に対して、より高いエネルギーを与え、被処理部材を短時間で効率よく加熱することができる。
本発明の加熱方法では、前記光のエネルギー、発光パターン、前記光源と前記光熱変換手段との離間距離、前記光熱変換手段と前記被処理部材との離間距離および前記被処理部材が置かれた空間の雰囲気のうちの少なくとも１つの条件を設定することにより、前記被処理部材に与える熱量を調整することが好ましい。
これにより、被処理部材に与える熱量、すなわち、被処理部材の熱処理の程度等を調整することができる。
In the heating method of the present invention, it is preferable that the light source emits light having an illuminance of 1000 lux or more on the light receiving surface of the photothermal conversion means.
Thereby, higher energy can be given to a photothermal conversion means, and a to-be-processed member can be heated efficiently in a short time.
In the heating method of the present invention, the light energy, the light emission pattern, the separation distance between the light source and the photothermal conversion means, the separation distance between the photothermal conversion means and the member to be processed, and the space in which the member to be processed is placed It is preferable to adjust the amount of heat given to the member to be processed by setting at least one condition of the atmosphere.
Thereby, the amount of heat given to the member to be processed, that is, the degree of heat treatment of the member to be processed can be adjusted.
本発明の加熱方法では、前記被処理部材に与える前記熱量を周期的に変化させるように、前記条件を設定することが好ましい。
これにより、例えば、不純物イオンの活性化および拡散を、目的とする範囲内に精度よく制御することができる。
本発明の加熱方法では、前記被処理部材は、半導体基板またはガラス基板であることが好ましい。
これにより、半導体基板およびガラス基板の各部に対して、ムラなく熱処理を施すことができる。
In the heating method of the present invention, it is preferable to set the condition so that the amount of heat given to the member to be processed is periodically changed.
Thereby, for example, activation and diffusion of impurity ions can be accurately controlled within a target range.
In the heating method of the present invention, the member to be processed is preferably a semiconductor substrate or a glass substrate.
Thereby, it can heat-process with respect to each part of a semiconductor substrate and a glass substrate uniformly.
本発明の加熱装置は、本発明の方法により、被処理部材を加熱するように構成されていることを特徴とする。
かかる加熱装置は、被処理部材の構成によらず、目的とする熱処理を効率よく行うことができる。
本発明の加熱装置は、光源と、
被処理部材を設置する設置部と、
前記光源と前記設置部との間に設けられ、前記光源から照射された光を熱に変換し、前記被処理部材を加熱する光熱変換手段とを有することを特徴とする。
かかる加熱装置は、被処理部材の構成によらず、目的とする熱処理を効率よく行うことができる。
The heating device of the present invention is configured to heat a member to be processed by the method of the present invention.
Such a heating apparatus can efficiently perform the intended heat treatment regardless of the configuration of the member to be processed.
The heating device of the present invention includes a light source,
An installation part for installing the member to be processed;
It is provided between the said light source and the said installation part, It has the photothermal conversion means which converts the light irradiated from the said light source into heat, and heats the said to-be-processed member, It is characterized by the above-mentioned.
Such a heating apparatus can efficiently perform the intended heat treatment regardless of the configuration of the member to be processed.
本発明の加熱装置では、前記光源から照射する光のエネルギーおよび／または発光パターンを調整する電源部を有することが好ましい。
かかる加熱装置は、被処理部材が受ける熱量を調整して熱処理を精度よく制御することができる。
本発明の加熱装置では、前記光源および／または前記光熱変換手段を、前記設置部に対して相対的に移動する移動手段を有することが好ましい。
かかる加熱装置は、被処理部材が受ける熱量を調整して熱処理を精度よく制御することができる。
本発明の加熱装置では、前記被処理部材が置かれた空間の雰囲気の圧力および／または組成を調整する雰囲気調整手段を有することが好ましい。
かかる加熱装置は、被処理部材が受ける熱量を調整して熱処理を精度よく制御することができる。
In the heating apparatus of the present invention, it is preferable to have a power supply unit that adjusts the energy and / or light emission pattern of light emitted from the light source.
Such a heating apparatus can accurately control the heat treatment by adjusting the amount of heat received by the member to be treated.
In the heating apparatus according to the aspect of the invention, it is preferable that the light source and / or the photothermal conversion unit includes a moving unit that moves relative to the installation unit.
Such a heating apparatus can accurately control the heat treatment by adjusting the amount of heat received by the member to be treated.
In the heating apparatus of the present invention, it is preferable to have an atmosphere adjusting means for adjusting the pressure and / or composition of the atmosphere in the space in which the member to be processed is placed.
Such a heating apparatus can accurately control the heat treatment by adjusting the amount of heat received by the member to be treated.
以下、本発明の加熱方法および加熱装置について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は、本発明の加熱装置の実施形態を示す縦断面図である。なお、以下の説明では、図１中の上側を「上」、下側を「下」と言う。また、図１では、図が煩雑となるのを避けるため、一部の部材を省略している。
Hereinafter, the heating method and the heating apparatus of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an embodiment of the heating device of the present invention. In the following description, the upper side in FIG. 1 is referred to as “upper” and the lower side is referred to as “lower”. Moreover, in FIG. 1, in order to avoid that a figure becomes complicated, some members are abbreviate | omitted.
図１に示す加熱装置１は、チャンバー６と、チャンバー６内の上部に設けられた光源２と、チャンバー６内の下部に設けられ、被処理部材３を載置するステージ（設置部）５と、光源２とステージ５との間に設けられた光熱変換手段４とを有している。
この加熱装置１は、被処理部材３を加熱し、熱処理を施すものである。
この加熱装置１により熱処理に供される被処理部材３には、図２に示すような半導体素子１００を多数形成した半導体基板の他、フラットディスプレイパネルに用いられるガラス基板等が挙げられる。そして、各基板の表層に機能領域を形成するため、イオン注入を施したこれらの基板に、そのイオンの活性化および拡散等を目的とする熱処理を行う場合に、本発明の加熱方法が特に好適に用いられる。これにより、半導体基板およびガラス基板等の各部に対して、ムラなく熱処理を施すことができる。
A heating device 1 shown in FIG. 1 includes a chamber 6, a light source 2 provided in the upper part of the chamber 6, a stage (installation part) 5 provided on the lower part of the chamber 6 and on which the processing target member 3 is placed. , And a photothermal conversion means 4 provided between the light source 2 and the stage 5.
The heating device 1 heats the member to be treated 3 and performs heat treatment.
Examples of the member 3 to be subjected to heat treatment by the heating apparatus 1 include a glass substrate used for a flat display panel in addition to a semiconductor substrate on which a large number of
チャンバー６は、ステンレス鋼のような金属材料、石英ガラスのようなガラス材料、アクリル樹脂のような樹脂材料等で構成された真空容器であり、必要に応じて内部の気密を保持することができる。
チャンバー６内には、その上部に光源２が設けられている。光源２は、光を放出し、その光を光熱変換手段４に照射する。
The chamber 6 is a vacuum container composed of a metal material such as stainless steel, a glass material such as quartz glass, a resin material such as acrylic resin, and the like, and can keep the inside airtight as necessary. .
In the chamber 6, a light source 2 is provided on the top thereof. The light source 2 emits light and irradiates the photothermal conversion means 4 with the light.
この光源２としては、例えば、フラッシュランプ、キセノンランプ、メタルハライドランプのような放電灯、ハロゲンランプ、タングステンランプのような発熱灯、レーザ等のうちの少なくとも１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。これらの光源は、光強度（光束）が高く、光熱変換手段４に対して、高いエネルギーを与えるものであることから好ましい。 As the light source 2, for example, a discharge lamp such as a flash lamp, a xenon lamp, or a metal halide lamp, a heat lamp such as a halogen lamp or a tungsten lamp, a laser, or the like may be used in combination. Can do. These light sources are preferable because they have high light intensity (light flux) and give high energy to the photothermal conversion means 4.
このような光源２が照射する光は、後述する光熱変換手段４の受光面における照度が１０００ルクス以上となるものが好ましく、２０００ルクス以上となるものがより好ましい。これにより、光熱変換手段４に対して、より高いエネルギーを与え、被処理部材３を短時間で効率よく加熱することができる。
また、光源２としては、上記のような光源の中でも特に、フラッシュランプおよびレーザのうちの少なくとも一方であるのが好ましい。
Such light emitted from the light source 2 preferably has an illuminance on the light receiving surface of the photothermal conversion means 4 described later of 1000 lux or more, more preferably 2000 lux or more. Thereby, higher energy can be given to the photothermal conversion means 4, and the to-be-processed member 3 can be heated efficiently in a short time.
The light source 2 is preferably at least one of a flash lamp and a laser, among the above light sources.
フラッシュランプは、短時間で非常に強度の高い光を、繰り返し広範囲に照射することができるため、被処理部材３の面積に関わらず、効率よく加熱することができる。また、発光の間隔を変えることにより、被処理部材３に対する加熱の制御も可能である。また、フラッシュランプは、寿命が長く、発光待機時の消費電力が低いため、ランニングコストを低く抑えることもできる。
フラッシュランプの種類は、特に限定されないが、例えば、キセノンフラッシュランプやクリプトンフラッシュランプ等を用いることができる。
Since the flash lamp can repeatedly irradiate light with very high intensity over a wide range in a short time, it can be efficiently heated regardless of the area of the member 3 to be processed. Further, the heating of the member to be processed 3 can be controlled by changing the light emission interval. Further, since the flash lamp has a long life and low power consumption during standby for light emission, the running cost can be kept low.
The type of flash lamp is not particularly limited. For example, a xenon flash lamp, a krypton flash lamp, or the like can be used.
一方、レーザは、照射する光の指向性が高いため、被処理部材３の所定の部位を選択的に熱処理することができる。また、極短時間に非常に強度の高い光を照射することができるため、効率よく被処理部材３を加熱することができる。
レーザの種類は、後述する光熱変換手段４の波長に対する光吸収率に応じて適宜選択され、特に限定されないが、ヘリウムネオンレーザ、アルゴンイオンレーザ、炭酸ガスレーザ、エキシマーレーザ、窒素レーザのようなガスレーザ、ルビーレーザ、ＹＡＧ（Yttrium Aluminum Garnet）レーザ、ガラスレーザ、ネオジウムレーザのような固体レーザ、ヘリウムカドミウムレーザ、銅蒸気レーザ、金蒸気レーザのような金属レーザ、半導体レーザ等を用いることができる。これらのレーザは、比較的出力が高く、短時間で効率よく被処理部材３を加熱することができる。
On the other hand, since the laser has high directivity of the light to be irradiated, it is possible to selectively heat-treat a predetermined portion of the member to be processed 3. Moreover, since the very high intensity | strength light can be irradiated in a very short time, the to-be-processed member 3 can be heated efficiently.
The type of laser is appropriately selected according to the light absorption rate with respect to the wavelength of the photothermal conversion means 4 to be described later, and is not particularly limited, but a gas laser such as a helium neon laser, an argon ion laser, a carbon dioxide gas laser, an excimer laser, a nitrogen laser, A solid laser such as a ruby laser, a YAG (Yttrium Aluminum Garnet) laser, a glass laser, or a neodymium laser, a metal laser such as a helium cadmium laser, a copper vapor laser, or a gold vapor laser, a semiconductor laser, or the like can be used. These lasers have a relatively high output and can efficiently heat the member to be processed 3 in a short time.
また、光源２には、電源部１３が接続されている。この電源部１３は、その発光（作動）に要する電力を供給するとともに、光源２が所望の光のエネルギーおよび／または発光パターンの光を放出し得るように調整する。
このような電源部１３は、その内部に、必要に応じて、コンデンサ、トリガ回路（いずれも図示せず）等、光源２の発光を制御するために必要な回路を有している。
The light source 2 is connected to a
Such a
例えば、光源２としてキセノンフラッシュランプを用いた場合、電源部１３には短時間に高電流を発生させる機構が必要となる。この場合、充放電時間が短く、放電時の電流密度が高い充電手段であるコンデンサとともに、放電を誘発するトリガ回路を備えているのが好ましい。
また、光源２は、後述する駆動装置（移動手段）５０により、チャンバー６内において、上下方向への移動可能となっている。
For example, when a xenon flash lamp is used as the light source 2, the
The light source 2 can be moved in the vertical direction in the chamber 6 by a driving device (moving means) 50 described later.
チャンバー６内には、その下部（底部）に、光源２と対向してステージ５が設けられている。このステージ５上には、被処理部材３が載置される。
ステージ５は、熱伝導率の高い材料を主材料とするのが好ましい。ステージ５の熱伝導率が高いと、被処理部材３内に残留する加熱後の余熱を速やかに放散させることができるので、被処理部材３に対して、温度変化が急峻な加熱を行うことができる。これにより、例えば、被処理部材３の上面（光熱変換手段４側の面）付近を選択的に加熱することが可能となる。
In the chamber 6, a stage 5 is provided at the lower part (bottom part) of the chamber 6 so as to face the light source 2. A member 3 to be processed is placed on the stage 5.
The stage 5 is preferably made of a material having a high thermal conductivity as a main material. When the thermal conductivity of the stage 5 is high, the residual heat after heating remaining in the member to be processed 3 can be quickly dissipated, so that the member 3 to be processed can be heated with a sharp temperature change. it can. Thereby, for example, it becomes possible to selectively heat the vicinity of the top surface (surface on the photothermal conversion means 4 side) of the member 3 to be processed.
なお、ステージ５には、被処理部材３を固定する機構が設けられていてもよい。この機構としては、例えば、電磁的な吸着または減圧による密着等の各種機構を用いることができる。
チャンバー６内の光源２とステージ５との間には、光熱変換手段４が設けられている。
光熱変換手段４は、光源２から照射された光を熱に変換し、この熱を被処理部材３に与えるものであり、この熱により被処理部材３が加熱される。
このような光熱変換手段４としては、例えば、光を吸収して輻射熱として放出するもの、光を太陽電池発電等の光電変換手段で電力に変換し、この電力をヒータ等の電熱変換手段で熱に変換するもの等が挙げられる。
The stage 5 may be provided with a mechanism for fixing the member 3 to be processed. As this mechanism, for example, various mechanisms such as electromagnetic adsorption or adhesion by reduced pressure can be used.
Between the light source 2 in the chamber 6 and the stage 5, a photothermal conversion means 4 is provided.
The photothermal conversion means 4 converts the light irradiated from the light source 2 into heat, and gives this heat to the member to be processed 3, and the member to be processed 3 is heated by this heat.
Examples of such a photothermal conversion means 4 include one that absorbs light and emits it as radiant heat. The light is converted into electric power by a photoelectric conversion means such as solar cell power generation, and this electric power is heated by an electric heat conversion means such as a heater. And the like to be converted into
本実施形態の光熱変換手段４には、前者が採用されている。
図１に示す光熱変換手段４は、光吸収膜（光吸収体）４１と、これを補強する補強板（補強体）４２とを有している。
光吸収膜４１は、光源２から照射される光の少なくとも一部を吸収して発熱することにより、その輻射熱を被処理部材３に与えるものである。
The former is adopted for the photothermal conversion means 4 of this embodiment.
The photothermal conversion means 4 shown in FIG. 1 has a light absorption film (light absorber) 41 and a reinforcing plate (reinforcing body) 42 that reinforces it.
The light absorption film 41 absorbs at least a part of the light emitted from the light source 2 and generates heat, thereby giving the radiated heat to the member to be processed 3.
光源２から放出された光は、その一部がチャンバー６内の雰囲気や補強板４２の上面において吸収および反射されるが、その多くは補強板４２を透過し、光吸収膜４１の上面に照射される。そして、光吸収膜４１の上面がこの光を吸収する。吸収された光により、光吸収膜４１の上面付近では熱が発生し、この熱は光吸収膜４１の下面側に伝導される。そして、光吸収膜４１の下面に伝導した熱は、輻射熱として被処理部材３に向かって放出される。 A part of the light emitted from the light source 2 is absorbed and reflected by the atmosphere in the chamber 6 and the upper surface of the reinforcing plate 42, most of which is transmitted through the reinforcing plate 42 and irradiated on the upper surface of the light absorbing film 41. Is done. The upper surface of the light absorption film 41 absorbs this light. The absorbed light generates heat near the upper surface of the light absorption film 41, and this heat is conducted to the lower surface side of the light absorption film 41. Then, the heat conducted to the lower surface of the light absorption film 41 is released toward the member to be processed 3 as radiant heat.
この輻射熱は、その一部がチャンバー６内の雰囲気に吸収されるが、その多くは被処理部材３に到達し、被処理部材３の上面付近を加熱する。その後、被処理部材３の上面付近に与えられた熱は、経時的に、被処理部材３内を下方に向かって伝導する。これにより、被処理部材３に対して熱処理が行われる。
また、光吸収膜４１が膜状（または層状）をなすことにより、光吸収膜４１の光源２側の面（上面）から、被処理部材３側の面（下面）への熱伝導が向上し、光熱変換に要する時間、すなわち、光吸収膜４１が光を受けてから発熱するまでの所要時間を短縮することができる。
A part of this radiant heat is absorbed by the atmosphere in the chamber 6, but most of it reaches the member to be processed 3 and heats the vicinity of the upper surface of the member to be processed 3. Thereafter, the heat applied to the vicinity of the upper surface of the member to be processed 3 is conducted downward in the member to be processed 3 with time. Thereby, heat processing is performed with respect to the member 3 to be processed.
Further, since the light absorption film 41 has a film shape (or a layer shape), heat conduction from the surface (upper surface) on the light source 2 side of the light absorption film 41 to the surface (lower surface) on the processing member 3 side is improved. The time required for the photothermal conversion, that is, the time required for the light absorption film 41 to generate heat after receiving light can be shortened.
かかる観点から、光吸収膜４１の平均厚さは、特に限定されないが、１０ｎｍ〜１００μｍ程度であるのが好ましく、１００ｎｍ〜８０μｍ程度であるのがより好ましい。これにより、光吸収膜４１は、被処理部材３を加熱するのに必要な光を十分に吸収することができるとともに、前記効果をより顕著なものとすることができる。また、光吸収膜４１の各部における発熱量のバラツキを低減する効果も得られる。 From this viewpoint, the average thickness of the light absorption film 41 is not particularly limited, but is preferably about 10 nm to 100 μm, and more preferably about 100 nm to 80 μm. Thereby, the light absorption film 41 can sufficiently absorb the light necessary for heating the member to be processed 3, and can make the effect more remarkable. In addition, an effect of reducing variation in the amount of heat generated in each part of the light absorption film 41 can be obtained.
光吸収膜４１の構成材料としては、例えば、シリコン、窒化ケイ素、炭化ケイ素、サイアロン、タングステンシリサイドのようなシリコン系化合物、ダイヤモンドライクカーボン、グラファイト、カーボンナノチューブのような炭素系化合物、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム等のようなセラミックス材料、タングステン、タンタルのような金属材料等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。これらの材料は、光源２として用いられる一般的な光源から照射される可視光から遠赤外線の波長領域の光に対する吸収率が特に高く、光源２から照射された光をより効率よく吸収して発熱することができる。
このうち、光吸収膜４１は、シリコン系化合物（シリコンを含有する材料）を主材料として構成されているのが好ましい。これにより、材料の耐熱性が向上するため、強度の高い光に対しても光吸収膜４１の劣化をより確実に防止または抑制することができる。
Examples of the constituent material of the light absorption film 41 include silicon compounds such as silicon, silicon nitride, silicon carbide, sialon, and tungsten silicide, carbon compounds such as diamond-like carbon, graphite, and carbon nanotubes, boron nitride, and nitride. Examples thereof include ceramic materials such as aluminum, aluminum oxide, and zirconium oxide, and metal materials such as tungsten and tantalum. One or more of these materials can be used in combination. These materials have particularly high absorptance with respect to light in the wavelength region from visible light to far-infrared rays emitted from a general light source used as the light source 2, and absorb light emitted from the light source 2 more efficiently to generate heat. can do.
Among these, it is preferable that the light absorption film 41 is composed mainly of a silicon compound (a material containing silicon). Thereby, since the heat resistance of the material is improved, it is possible to more reliably prevent or suppress the deterioration of the light absorption film 41 even with high intensity light.
また、シリコン系化合物は、熱伝導率が優れているため、光吸収膜４１の光源２側の面に与えられた熱は、光吸収膜４１内をより少ない所要時間で反対側の面（被処理部材３側の面）に伝達され、輻射熱として被処理部材３に放出することができる。これにより、例えば、光源２としてフラッシュランプを用い、短い発光パターンの光を用いて熱処理を行う場合にも、発光パターンに対してより確実に同期させることが可能となり、被処理部材３に与える熱量を精度よく制御することができる。 In addition, since the silicon compound has excellent thermal conductivity, the heat applied to the surface of the light absorption film 41 on the light source 2 side is transferred to the opposite surface (covered surface) in the light absorption film 41 in a shorter time. The surface of the processing member 3 is transmitted to the processing member 3 side, and can be released to the processing target member 3 as radiant heat. Thus, for example, even when a flash lamp is used as the light source 2 and heat treatment is performed using light of a short light emission pattern, it is possible to more reliably synchronize with the light emission pattern, and the amount of heat applied to the member 3 to be processed. Can be accurately controlled.
さらに、シリコン系化合物は、加熱時の脱ガス性が低いため、放出ガスによる被処理部材３の汚染を避けることもできる。
このような光吸収膜４１は、例えば、プラズマＣＶＤ、熱ＣＶＤ、レーザＣＶＤのような化学蒸着法（ＣＶＤ）、真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング等の乾式メッキ法、溶射法、ゾル・ゲル法、ＭＯＤ法等により形成することができる。
Furthermore, since the silicon compound has low degassing property when heated, it is possible to avoid contamination of the member 3 to be processed by the released gas.
Such a light absorbing film 41 is formed by, for example, chemical vapor deposition (CVD) such as plasma CVD, thermal CVD, or laser CVD, dry plating such as vacuum deposition, sputtering, or ion plating, thermal spraying, sol-gel method. The MOD method can be used.
補強板４２は、光源２から照射された光を透過し得るものであり、光吸収膜４１の上面（被処理部材３と反対側の面）に接触して設けられる。
また、補強板４２は、板状をなしていることにより、光源２から照射された光をより確実に透過させるとともに、光熱変換手段４全体の機械的強度にバラツキが生じるのを防止することができる。
補強板４２の構成材料としては、主として透光性セラミックス材料を用いるのが好ましい。透光性セラミックス材料は、透光性および耐熱性に優れるため、光源２から放出される光をより確実に光吸収膜４１に照射するとともに、光吸収膜４１で生じる熱によって補強板４２が劣化するのをより確実に防止することができる。
The reinforcing plate 42 can transmit the light emitted from the light source 2 and is provided in contact with the upper surface of the light absorbing film 41 (surface opposite to the member 3 to be processed).
Further, the reinforcing plate 42 has a plate shape, so that the light irradiated from the light source 2 can be more reliably transmitted and the variation in the mechanical strength of the entire photothermal conversion means 4 can be prevented. it can.
As a constituent material of the reinforcing plate 42, it is preferable to mainly use a translucent ceramic material. Since the translucent ceramic material is excellent in translucency and heat resistance, the light absorbing film 41 is more reliably irradiated with light emitted from the light source 2, and the reinforcing plate 42 is deteriorated by heat generated in the light absorbing film 41. It can prevent more reliably.
透光性セラミックス材料としては、特に限定されないが、例えば、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、ＹＡＧ（Yttrium Aluminum Garnet）、ＴＡＧ（Terbium Aluminum Garnet）、酸化錫、酸化インジウム、ＰＴ、ＰＬＴ、ＰＺＴ、ＰＬＺＴのようなＰＬＺＴ（Ｐｂ−Ｌａ−Ｚｒ−Ｔｉ）系材料、石英ガラス、ソーダガラス、鉛ガラス、硼珪酸ガラス等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。これらの材料は、透光性および耐熱性に特に優れることから好ましい。 Although it does not specifically limit as a translucent ceramic material, For example, a silicon oxide, aluminum oxide, YAG (Yttrium Aluminum Garnet), TAG (Terbium Aluminum Garnet), a tin oxide, an indium oxide, PT, PLT, PZT, PLZT etc. PLZT (Pb—La—Zr—Ti) -based materials, quartz glass, soda glass, lead glass, borosilicate glass, and the like can be used, and one or more of these can be used in combination. These materials are preferable because they are particularly excellent in translucency and heat resistance.
また、透光性セラミックス材料は、加熱時の脱ガス性が低いため、放出ガスによる光源２の汚染を避けることができる。
これらの中でも透光性セラミックス材料としては、酸化ケイ素を主成分とするものを用いるのが好ましい。酸化ケイ素は、広範囲の波長の光に対して透過率が高いため、補強板４２を酸化ケイ素を主材料として構成することにより、前記のような効果をより顕著なものとすることができる。
このような光熱変換手段４（本実施形態では主に光吸収膜４１）は、波長１μｍの光の吸収率が、５０〜９９％程度であるのが好ましく、７０〜９９％程度であるのがより好ましい。これにより、光熱変換の効率を高め、被処理部材３に与える熱量をより増大させることができる。
Moreover, since the translucent ceramic material has low degassing property at the time of heating, contamination of the light source 2 by emitted gas can be avoided.
Among these, as the translucent ceramic material, it is preferable to use a material mainly composed of silicon oxide. Since silicon oxide has a high transmittance with respect to light in a wide range of wavelengths, the above-described effect can be made more remarkable by configuring the reinforcing plate 42 with silicon oxide as a main material.
Such photothermal conversion means 4 (mainly light absorption film 41 in the present embodiment) preferably has a light absorptance of light having a wavelength of 1 μm of about 50 to 99%, and about 70 to 99%. More preferred. Thereby, the efficiency of photothermal conversion can be improved and the amount of heat given to the member to be processed 3 can be further increased.
また、光熱変換手段４は、後述する駆動装置（移動手段）６０により、上下方向に移動可能となっている。
光熱変換手段４の外周部には、Ｏリング等の封止部材６４が設けられており、封止部材６４が光熱変換手段４とチャンバー６の内周面に密着している。これにより、チャンバー６内の空間は、被処理部材３側の空間７と光源２側の空間８とに仕切られている。
The photothermal conversion means 4 can be moved in the vertical direction by a driving device (moving means) 60 described later.
A sealing
また、光熱変換手段４を操作する際には、封止部材６４がチャンバー６の内周面に摺接することにより、空間７と空間８との気密性がそれぞれ保持される。
チャンバー６の空間７に対応する部分には、ガス貯留部１０が配管２０により接続されている。ガス貯留部１０には、空間７内に導入するためのガスが貯留されており、このガスを配管２０を通じて、空間７内に充填したり、空間７内の圧力を所定の圧力に上昇させることができる。
Further, when the photothermal conversion means 4 is operated, the sealing
A
また、配管２０には、その流路を開閉し得るバルブ３０が設けられ、このバルブ３０の開度を調節することにより、配管２０を通過するガスの流量を調整することができる。
なお、チャンバー６の外周面には、空間７内の圧力を測定する圧力ゲージ３４が設けられ、空間７内の圧力を確認することができる。
一方、チャンバー６の空間８に対応する部分には、ガス貯留部１２が配管２２により接続されている。ガス貯留部１２には、空間８内に導入するためのガスが貯留されており、このガスを配管２２を通じて、空間８内に充填したり、空間８内の圧力を所定の圧力に上昇させることができる。
Further, the
A pressure gauge 34 for measuring the pressure in the space 7 is provided on the outer peripheral surface of the chamber 6 so that the pressure in the space 7 can be confirmed.
On the other hand, a
また、配管２２には、流路を開閉し得るバルブ３２が設けられ、配管２２を通過するガスの流速を調整することができる。
なお、チャンバー６の外周面には、空間８内の圧力を測定する圧力ゲージ３５が設けられ、空間８内の圧力を確認することができる。
また、各ガス貯留部１０、１２は、それぞれ、例えば、ガスボンベ、ガス発生装置等で構成することができる。
The
A
Moreover, each
なお、ガス貯留部１２は、ガス貯留部１０や、大気を導入するバルブで代用してもよい。
また、被処理部材３の加熱に際して、空間７と空間８の雰囲気の条件は異なっていてもよく、同一であってもよい。
また、チャンバー６の空間７および空間８に対応する部分には、それぞれ、真空ポンプ１１が配管２１、２３により接続されている。真空ポンプ１１は、空間７、８内のガスを排出し、これにより、空間７、８内を所定の圧力に減圧することができる。
In addition, you may substitute the
Further, when heating the member 3 to be processed, the atmosphere conditions of the space 7 and the space 8 may be different or the same.
Further, vacuum pumps 11 are connected to the portions of the chamber 6 corresponding to the spaces 7 and 8 by
また、配管２１、２３には、それぞれ、流路を開閉し得るバルブ３１、３３が設けられ、このバルブ３１、３３の開度を調節することにより、配管２１、２３を通過するガスの流量、すなわち、空間７、８を減圧する速度を調整することができる。
真空ポンプ１１は、例えば、ロータリーポンプ、ドライポンプ、ターボ分子ポンプ等で構成することができる。
Further, the
The vacuum pump 11 can be configured by, for example, a rotary pump, a dry pump, a turbo molecular pump, or the like.
本実施形態では、主に、ガス貯留部１０、ポンプ１１、バルブ３０、３１により、空間７（被処理部材３が置かれた空間）の雰囲気の圧力および／または組成を調整する雰囲気調整手段が構成されている。
この雰囲気調整手段により、空間７の雰囲気の圧力および／または組成を変化させることにより、光熱変換手段４が発する輻射熱の吸収率を調整することができる。これにより、被処理部材３に与える熱量、すなわち、熱処理の程度を調整することができる。
In the present embodiment, the atmosphere adjusting means for adjusting the pressure and / or composition of the atmosphere in the space 7 (the space in which the processing target member 3 is placed) mainly by the
By changing the pressure and / or composition of the atmosphere in the space 7 with this atmosphere adjusting means, the absorption rate of the radiant heat generated by the photothermal conversion means 4 can be adjusted. Thereby, the amount of heat given to the member 3 to be processed, that is, the degree of heat treatment can be adjusted.
一方、主に、ガス貯留部１２、ポンプ１１、バルブ３１、３２により、空間８の雰囲気の圧力および／または組成を調整する雰囲気調整手段（第２の雰囲気調整手段）が構成されている。
この第２の雰囲気調整手段により、空間８の雰囲気の圧力および／または組成を変化させることにより、雰囲気の光吸収率を調整することができる。これにより、被処理部材３に与える熱量、すなわち、熱処理の程度を調整することが可能となる。
具体的には、雰囲気の圧力を上げることにより、雰囲気中の分子数が増加するため、雰囲気における光の吸収率が向上し、被処理部材３に与える熱量を減少させることができる。
On the other hand, an atmosphere adjusting means (second atmosphere adjusting means) for adjusting the pressure and / or composition of the atmosphere in the space 8 is mainly configured by the
The light absorption rate of the atmosphere can be adjusted by changing the pressure and / or composition of the atmosphere in the space 8 by the second atmosphere adjusting means. This makes it possible to adjust the amount of heat applied to the member 3 to be processed, that is, the degree of heat treatment.
Specifically, by increasing the pressure of the atmosphere, the number of molecules in the atmosphere increases, so that the light absorption rate in the atmosphere can be improved and the amount of heat given to the member to be processed 3 can be reduced.
また、雰囲気中の分子を構成する原子数が少ない気体を供給することにより、分子の自由度が小さくなるため、雰囲気による光吸収率を低減させるとともに、被処理部材３に与える熱量を増大させることができる。
このような雰囲気の組成としては、例えば、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅのような希ガス等が挙げられる。希ガスは、単原子分子気体であり、分子の自由度は３と少ない。一方、窒素、酸素のような２原子分子、二酸化炭素やメタンのような化合物は、分子の自由度が５以上であり、単原子分子気体に比べて、その光吸収率は大きな値となる。
前述したように、光源２は、駆動装置５０により、光熱変換手段４は、駆動装置６０により、それぞれ移動可能となっている。
Further, by supplying a gas having a small number of atoms constituting molecules in the atmosphere, the degree of freedom of the molecules is reduced, so that the light absorption rate by the atmosphere is reduced and the amount of heat given to the member to be processed 3 is increased. Can do.
Examples of the composition of such an atmosphere include rare gases such as He, Ne, Ar, Kr, and Xe. The rare gas is a monoatomic molecular gas, and the degree of molecular freedom is as small as three. On the other hand, diatomic molecules such as nitrogen and oxygen, and compounds such as carbon dioxide and methane have a molecular degree of freedom of 5 or more, and their light absorptivity is larger than that of a monoatomic molecular gas.
As described above, the light source 2 can be moved by the driving
まず、駆動装置５０について説明する。
チャンバー６の上面には上方に突出して細管５２が形成されている。この細管５２内には、吊り下げ棒５４が挿入され、その下端には、光源２が接続され、その上端部には、磁性体５５が固定されている。
また、細管５２の外周部には、細管５２に沿って移動可能にリング状の磁石５３が設けられている。
First, the
A
In addition, a ring-shaped
そして、この磁石５３の磁力で磁性体５５が固定されることにより、この磁性体５５に吊り下げ棒５４を介して接続された光源２が落下することなく支持されている。また、磁石５３を細管５２に沿って上下に移動させると、これに追従して、磁性体５５、吊り下げ棒５４および光源２が移動する。これにより、光源２をステージ５に対して相対的に移動させることができる。
The
本実施形態では、これらの細管５２、磁石５３、吊り下げ棒５４および磁性体５５により、駆動装置５０が構成されている。
また、このような構成の駆動装置５０は、これを構成する各部にチャンバー６を貫通するものが存在しないので、チャンバー６内の気密性を確実に維持することができるという利点を有している。
In the present embodiment, the
Further, the
次に、駆動装置６０について説明する。
光熱変換手段４の外周部には、磁性体６５が設けられている。
また、チャンバー６の外周部には、チャンバー６に沿って移動可能にリング状の磁石６３が設けられている。
そして、磁石６３の磁力で磁性体６５が固定されることにより、光熱変換手段４は落下することなく支持されている。また、磁石６３をチャンバー６に沿って上下に移動させると、これに追従して、磁性体６５および光熱変換手段４が移動する。これにより、光熱変換手段４をステージ５に対して相対的に移動させることができる。
本実施形態では、これらの磁石６３および磁性体６５により、駆動装置６０が構成されている。
Next, the
A
A ring-shaped
And the
In the present embodiment, the
また、このような構成の駆動装置６０は、前記駆動装置５０と同様に、これを構成する各部にチャンバー６を貫通するものが存在しないので、チャンバー６内の気密性を確実に維持することができるという利点を有している。
これらの駆動装置５０、６０の駆動により、光源２と光熱変換手段４との離間距離および／または光熱変換手段４と被処理部材３との離間距離のうちの少なくとも一方を変化させることができる。また、離間距離を変化させる際の速度も所望の値に設定することができる。
Further, in the
By driving these
具体的には、光源２と光熱変換手段４との離間距離を変えることにより、光源２から光熱変換手段４の表面上に照射される光の照度を変えることが可能となる。例えば、前記離間距離を小さくすることにより、前記照度を大きくすることができる。これにより、光吸収膜４１が放出する熱量が増加し、被処理部材３をより急速かつ高温で加熱することができる。 Specifically, by changing the separation distance between the light source 2 and the photothermal conversion means 4, it is possible to change the illuminance of light emitted from the light source 2 onto the surface of the photothermal conversion means 4. For example, the illuminance can be increased by reducing the separation distance. As a result, the amount of heat released by the light absorption film 41 increases, and the member to be processed 3 can be heated more rapidly and at a high temperature.
また、光熱変換手段４と被処理部材３との離間距離を変えることにより、被処理部材３に与えられる熱量を変えることが可能となる。例えば、前記離間距離を小さくすることにより、前記熱量を大きくすることができる。これにより、被処理部材３をより急速かつ高温で加熱することができる。
また、これらの駆動装置５０、６０、前述した電源部１３およびバルブ３０〜３３は、それぞれ制御部１４と電気的に接続され、この制御部１４は、各部１３、５０、６０、３０〜３３の作動を制御する。
Further, the amount of heat applied to the member to be processed 3 can be changed by changing the distance between the photothermal conversion means 4 and the member to be processed 3. For example, the amount of heat can be increased by reducing the separation distance. Thereby, the to-be-processed member 3 can be heated more rapidly and at high temperature.
The driving
以下、加熱装置１の作用（使用方法）の一例、すなわち、被処理部材３の加熱方法の一例について説明するが、被処理部材３として図２に示す半導体素子１００を代表に説明する。
ここで、図２には、前述したように、本発明の加熱方法を適用する前の被処理部材の一例である半導体素子を示す。また、図３には、図２に示す半導体素子１００に本発明の加熱方法を適用し、熱処理を施した後の半導体素子１００ａを示す。すなわち、半導体素子１００にイオンを注入し、本発明の加熱方法を用いて熱処理を行うことにより、熱処理後の半導体素子１００ａを得ることができる。なお、以下の説明では、図２および図３中の、上側を「上」、下側を「下」と言う。
Hereinafter, an example of the operation (usage method) of the heating apparatus 1, that is, an example of a heating method of the member to be processed 3 will be described. The
Here, FIG. 2 shows a semiconductor element which is an example of a member to be processed before applying the heating method of the present invention, as described above. 3 shows the
図２に示す半導体素子１００は、素子分離構造１２４と、チャネル領域１２１とソース領域１２２とドレイン領域１２３とを備える半導体基板（基材）１０２と、半導体基板１０２に接触して設けられたゲート絶縁膜１０３と、ゲート絶縁膜１０３を介してチャネル領域１２１に対向して設けられたゲート電極１０５とを有するものである。また、ソース領域１２２とゲート電極１０５との間、および、ドレイン領域１２３とゲート電極１０５との間の半導体基板１０２中の極浅い領域には、不純物イオンＢ＋が注入されている。
2 includes an
また、図３に示す半導体素子１００ａは、半導体素子１００の各構造に加え、半導体基板１０２中にソース延長領域１２２ａとドレイン延長領域１２３ａとを有するものである。
このソース延長領域１２２ａとドレイン延長領域１２３ａは、図２に示す半導体素子１００に熱処理を施し、予め注入した不純物イオンＢ＋を活性化させるとともに拡散させたものである。この各延長領域１２２ａ、１２３ａを、例えば、半導体基板１０２の上面から深さ５０ｎｍ程度以下の領域に制御することで、半導体素子１００ａの性能をより向上させることができる。
A
The
以下、半導体素子１００を加熱する加熱装置１の使用方法（作用）の一例について説明する。
［１］ まず、チャンバー６を開放し、ステージ５上に半導体素子１００（被処理部材３）を載置する。載置後、チャンバー６を閉塞するとともに、バルブ３０〜３３を閉じる。
Hereinafter, an example of a usage method (action) of the heating apparatus 1 for heating the
[1] First, the chamber 6 is opened, and the semiconductor element 100 (the member 3 to be processed) is placed on the stage 5. After mounting, the chamber 6 is closed and the valves 30 to 33 are closed.
［２］ 次に、真空ポンプ１１を作動させるとともに、バルブ３１、３３を開く。これにより、空間７、８を減圧する。
空間７、８が所定の圧力に減圧したことを圧力ゲージ３４、３５で確認した後、バルブ３１、３３を閉じる。
次いで、バルブ３０を開き、空間７内にガス貯留部１０に貯留されたガスを充填する。
[2] Next, the vacuum pump 11 is operated and the
After the pressure gauges 34 and 35 confirm that the spaces 7 and 8 have been reduced to a predetermined pressure, the
Next, the valve 30 is opened, and the gas stored in the
また、同様にして、バルブ３２を開き、空間８内にガス貯留部１２に貯留されたガスを充填する。
そして、空間７、８内の圧力が、それぞれ所定の圧力に達したことを確認した後、バルブ３０、３２を閉じる。これにより、空間７、８の雰囲気の圧力や組成を所定の条件に設定する。
Similarly, the valve 32 is opened to fill the space 8 with the gas stored in the
Then, after confirming that the pressure in the spaces 7 and 8 has reached a predetermined pressure, the valves 30 and 32 are closed. Thereby, the pressure and composition of the atmosphere in the spaces 7 and 8 are set to predetermined conditions.
なお、このとき、空間７と空間８の各圧力は、ほぼ等しくなるように設定するのが好ましい。これにより、空間７と空間８との圧力差がほぼ０となるので、光熱変換手段４に対して圧力差に起因した負荷を抑制することができ、光熱変換手段４の移動をより容易かつ確実に行うことができる。
また、本手順は、必要に応じて行えばよく、省略することもできる。すなわち、空間７、８内の当初の雰囲気の条件で、半導体素子１００に熱処理を施してもよい。
At this time, it is preferable that the pressures in the space 7 and the space 8 are set to be substantially equal. As a result, the pressure difference between the space 7 and the space 8 becomes almost zero, so that the load caused by the pressure difference on the photothermal conversion means 4 can be suppressed, and the movement of the photothermal conversion means 4 is easier and more reliable. Can be done.
In addition, this procedure may be performed as necessary and can be omitted. That is, the
［３］ 次に、駆動装置５０により光源２を、また、駆動装置６０により光熱変換手段４をそれぞれ駆動し、所定の位置に移動させる。これにより、光源２と光熱変換手段４との離間距離および光熱変換手段４と半導体素子１００との離間距離をそれぞれ所定の距離に設定する。
また、本手順は、必要に応じて行えばよく、省略することもできる。すなわち、前記離間距離は変更せずに次手順に移行してもよい。
[3] Next, the light source 2 is driven by the driving
In addition, this procedure may be performed as necessary and can be omitted. That is, you may transfer to the next procedure, without changing the said separation distance.
［４］ 次に、電源部１３から光源２に電力を供給して、光源２から光熱変換手段４の上面に向かって光を放出させる。
ここで、光の放出に先立って、光源２の種類および電源部１３から光源２に電圧を印加する条件を設定する。これにより、前記光のエネルギーおよび／または発光パターンは、目的とする加熱に応じた所定の条件に設定される。
[4] Next, power is supplied from the
Here, prior to the emission of light, the type of the light source 2 and the conditions for applying a voltage from the
ここで、半導体素子１００を加熱する際に、前記工程［２］の雰囲気、前記工程［３］の離間距離および前記工程［４］の光のうちの１つまたは任意の２つ以上の条件を設定および変化させることにより、半導体素子１００に与える熱量、すなわち、半導体素子１００の熱処理の程度等を調整することができる。
ここで、例えば、半導体素子１００を加熱して熱処理を施し、不純物イオンＢ＋を活性化させるとともに拡散させて半導体素子１００ａを得る場合、半導体素子１００に与える熱量のパターンとしては、図４（ａ）および図５（ａ）に示すパターン等が挙げられる。このように、短い時間の加熱を１回または２回以上周期的に行う熱処理を施すことにより、不純物イオンＢ＋の活性化および拡散を、目的とする範囲内に精度よく制御することができる。
図４（ａ）および図５（ａ）は、それぞれ、半導体素子１００が受ける熱量の時間推移を示す。なお、縦軸は半導体素子１００が受ける熱量、横軸は時間を示す。また、グラフの単位はいずれも任意とする。
Here, when heating the
Here, for example, when the
FIG. 4A and FIG. 5A show the time transition of the amount of heat received by the
まず、図４（ａ）に示すパターンで半導体素子１００に熱量を与える場合において、ここでは、光源２と光熱変換手段４との離間距離を設定する一例として、図４（ｂ）に示すように、光熱変換手段４を固定し、光源２を移動させて、光源２と光熱変換手段４との離間距離を変化させる場合を代表に説明する。
また、図４（ｂ）は、図４（ａ）に示すパターンで半導体素子１００に熱量を与える場合における光源２の位置の時間推移を示すグラフである。なお、縦軸は光熱変換手段４の位置を基準とする光源２の位置、横軸は時間を示す。
First, in the case where heat is applied to the
FIG. 4B is a graph showing the time transition of the position of the light source 2 when heat is applied to the
光源２の条件および空間７、８の雰囲気の条件がそれぞれ一定に維持されるとすると、光源２を図４（ｂ）に示すように、一定時間Ｔごとに位置Ａと位置Ｂを往復するように移動させることにより、半導体素子１００が受ける熱量を、図４（ａ）に示すパターンで変化させることができる。
すなわち、半導体素子１００が受ける熱量を増大させるには、光源２を位置Ａから位置Ｂへと光熱変換手段４に近づけることにより、光熱変換手段４に照射される光のエネルギーを増大させればよい。
If the conditions of the light source 2 and the atmosphere conditions of the spaces 7 and 8 are maintained constant, the light source 2 reciprocates between position A and position B at regular time intervals T as shown in FIG. The amount of heat received by the
That is, in order to increase the amount of heat received by the
一方、半導体素子１００が受ける熱量を減少させるには、光源２を位置Ｂから位置Ａへと光熱変換手段４から遠ざけることにより、光熱変換手段４に照射される光のエネルギーを減少させればよい。
また、半導体素子１００が受ける熱量の最大値、最小値および熱量の変化の周期を調整するには、図４（ｂ）の位置Ａ、Ｂおよび／または時間Ｔを変更すればよい。
On the other hand, in order to reduce the amount of heat received by the
Further, in order to adjust the maximum and minimum values of the amount of heat received by the
以上、光源２を移動させて、光源２と光熱変換手段４との離間距離を変化させる場合について説明したが、光熱変換手段４や光熱変換手段４と光源２の双方を移動するようにしてもよい。
また、光源２を発光させた直後に、光熱変換手段４を半導体素子１００から遠ざけることにより、余熱が半導体素子１００に影響を及ぼすのを防止し、半導体素子１００の冷却速度をより向上させることができる。これにより、より急峻な温度変化となり、例えば、イオンが拡散する深さを精度よく制御することができる。
The case where the distance between the light source 2 and the photothermal conversion unit 4 is changed by moving the light source 2 has been described above. However, the photothermal conversion unit 4 or both the photothermal conversion unit 4 and the light source 2 may be moved. Good.
Further, immediately after the light source 2 emits light, the photothermal conversion means 4 is moved away from the
次に、図５（ａ）に示すパターンで半導体素子１００に熱量を与える場合において、光源２から照射する光のエネルギーおよび発光パターンを変化させる場合を代表に説明する。
また、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示すパターンで半導体素子１００に熱量を与える場合における光源２から照射する光のエネルギーの時間推移を示すグラフである。なお、縦軸は光のエネルギー、横軸は時間を示す。
Next, the case where the energy of the light emitted from the light source 2 and the light emission pattern are changed in the case where heat is applied to the
FIG. 5B is a graph showing the time transition of the energy of light emitted from the light source 2 when heat is applied to the
空間７、８の雰囲気の条件および光源２と光熱変換手段４の位置がそれぞれ一定に維持されるとすると、光源２から光熱変換手段４に照射される光のエネルギーおよび発光パターンを、図５（ｂ）に示すように設定することにより、半導体素子１００が受ける熱量を、図５（ａ）に示すパターンで変化させることができる。
すなわち、半導体素子１００が受ける熱量は、光源２から光熱変換手段４に照射される光のエネルギーに応じて変化する。また、半導体素子１００が受ける熱量の最大値、最小値および変化の周期を調整するには、図５（ｂ）の光のエネルギーＥ、発光時間Ｔ’および／または発光間隔Ｄを変更すればよい。
Assuming that the atmospheric conditions of the spaces 7 and 8 and the positions of the light source 2 and the photothermal conversion means 4 are maintained constant, the energy and light emission pattern of light emitted from the light source 2 to the photothermal conversion means 4 are shown in FIG. By setting as shown in b), the amount of heat received by the
That is, the amount of heat received by the
以上のような各方法で、半導体素子１００に与える熱量を調整して熱処理を精度よく制御することにより、予め注入していた不純物イオンＢ＋を活性化および拡散させ、ソース延長領域１２２ａとドレイン延長領域１２３ａの平均厚さを目的の値に精度よく制御することができる。
また、従来、フラッシュランプを用いた熱処理では、フラッシュランプの構造上、発光時間を変えることはできないため、被処理部材が加熱される時間の最大値および最小値は、フラッシュランプの種類により必然的に決まっていた。
By adjusting the amount of heat applied to the
Further, conventionally, in the heat treatment using a flash lamp, the light emission time cannot be changed due to the structure of the flash lamp, so the maximum value and the minimum value of the time during which the member to be processed is heated are inevitably depending on the type of the flash lamp. It was decided to.
しかしながら、本発明の加熱方法を用いることにより、半導体素子１００が加熱される時間を、前記最小値より短縮したり、前記最大値より延長することができる。これにより、半導体素子１００に与える熱量をより精度よく調整することができる。
以上のようにして、被処理部材の構成によらず、目的とする熱処理を効率よく行う加熱方法およびこの加熱方法を行う加熱装置を得ることができる。
However, by using the heating method of the present invention, the time during which the
As described above, a heating method for efficiently performing a target heat treatment and a heating apparatus for performing this heating method can be obtained regardless of the configuration of the member to be processed.
以上、本発明の加熱方法および加熱装置を、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、各構成は、同様の機能を発揮し得る任意のものと置換することができ、あるいは、任意の構成のものを付加することもできる。
例えば、本実施形態の本発明の加熱装置では、光源２、光熱変換手段４およびステージ５をチャンバー６内に設ける構成について説明したが、空間７、８の雰囲気の条件を設定する必要がなければ、チャンバー６を用いる必要はない。すなわち、大気雰囲気下で本発明の加熱方法を行ってもよい。
As mentioned above, although the heating method and heating apparatus of this invention were demonstrated based on embodiment of illustration, this invention is not limited to these, Each structure is set as the arbitrary things which can exhibit the same function. It can be replaced, or an arbitrary configuration can be added.
For example, in the heating apparatus of the present invention of the present embodiment, the configuration in which the light source 2, the photothermal conversion means 4 and the stage 5 are provided in the chamber 6 has been described. It is not necessary to use the chamber 6. That is, the heating method of the present invention may be performed in an air atmosphere.
次に、本発明の具体的実施例について説明する。
１．半導体素子の作製
（実施例１）
まず、素子分離構造、チャネル領域、ソース領域、ドレイン領域、ゲート絶縁膜およびゲート電極で構成された半導体素子を８インチのシリコン基板上に多数形成した。次いで、イオン注入装置を用いて、ゲート絶縁膜とソース領域との間およびゲート絶縁膜とドレイン領域との間に、それぞれＢ＋イオンを注入した。
次に、図１に示す構成の加熱装置を用意し、ステージ５上にＢ＋イオンを注入したシリコン基板を設置した。
そして、光源２から光を照射し、シリコン基板の加熱を行った。
以下に、装置の仕様および加熱の条件を示す。
Next, specific examples of the present invention will be described.
1. Fabrication of semiconductor device (Example 1)
First, a large number of semiconductor elements each including an element isolation structure, a channel region, a source region, a drain region, a gate insulating film, and a gate electrode were formed on an 8-inch silicon substrate. Next, B + ions were implanted between the gate insulating film and the source region and between the gate insulating film and the drain region, respectively, using an ion implantation apparatus.
Next, a heating apparatus having the configuration shown in FIG. 1 was prepared, and a silicon substrate into which B + ions were implanted was placed on the stage 5.
And the light was irradiated from the light source 2, and the silicon substrate was heated.
The specifications of the apparatus and the heating conditions are shown below.
・チャンバー
構成材料 ：ステンレス鋼
内部容積 ：０．１ｍ３
・光源
種類 ：キセノンフラッシュランプ
基板上照度：３００００ルクス
発光時間 ：１００ミリ秒／回
発光回数 ：２回
移動 ：なし（固定）
・ステージ
構成材料 ：窒化アルミニウム
・基板設置雰囲気
圧力 ：０．０１Ｐａ
組成 ：真空（減圧雰囲気）
・光源設置雰囲気
圧力 ：０．０１Ｐａ
組成 ：真空（減圧雰囲気）
・光熱変換手段
光吸収率 ：９９％（波長１μｍにおいて）
移動 ：なし（固定）
・光吸収膜
構成材料 ：シリコン
平均厚さ ：５０μｍ
・補強板
構成材料 ：酸化ケイ素（ＳｉＯ２）
Chamber material: Stainless steel Internal volume: 0.1 m 3
-Light source Type: Xenon flash lamp Illuminance on substrate: 30000 lux Luminous time: 100 milliseconds / time Luminous frequency: 2 times Movement: None (fixed)
・ Stage Constituent material: Aluminum nitride ・ Substrate installation atmosphere Pressure: 0.01 Pa
Composition: Vacuum (reduced pressure atmosphere)
・ Light source installation atmosphere Pressure: 0.01Pa
Composition: Vacuum (reduced pressure atmosphere)
-Photothermal conversion means Light absorption rate: 99% (at a wavelength of 1 μm)
Movement: None (fixed)
-Light absorption film Constituent material: Silicon Average thickness: 50 μm
-Reinforcing plate Component material: Silicon oxide (SiO 2 )
（実施例２）
光源２の種類を変更し、光源２と光熱変換手段４との離間距離を変化させつつ、光源２から光を照射するように変更した以外は、前記実施例１と同様にしてシリコン基板の加熱を行った。
以下に、装置の仕様および加熱の条件を示す。
(Example 2)
The silicon substrate is heated in the same manner as in Example 1 except that the type of the light source 2 is changed, and the distance between the light source 2 and the photothermal conversion means 4 is changed and light is emitted from the light source 2. Went.
The specifications of the apparatus and the heating conditions are shown below.
・光源
種類 ：ハロゲンランプ
基板上照度：３００００ルクス
発光時間 ：１秒／回
発光回数 ：１回
移動 ：あり
（比較例）
光熱変換手段４の使用を省略した以外は、前記実施例１と同様にして、Ｂ＋イオンを注入したシリコン基板を加熱した。
・ Light source type: Halogen lamp Illuminance on substrate: 30000 lux Light emission time: 1 second / time Light emission frequency: 1 time Movement: Yes (Comparative example)
A silicon substrate implanted with B + ions was heated in the same manner as in Example 1 except that the use of the photothermal conversion means 4 was omitted.
２．Ｂ原子濃度の測定
各実施例および比較例で加熱した各シリコン基板の中央部と周辺部について、加熱によるＢ＋イオンの拡散の状態を評価するため、Ｂ＋イオンを注入した領域について、基板表面からのＢ原子濃度の深さ方向の分布を測定した。
なお、Ｂ原子濃度の測定は、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）を用いて行った。結果を図６に示す。
2. For the central portion and the peripheral portion of the silicon substrate heated in the Examples and Comparative Examples Measurement of B atom concentration, to assess the state of the diffusion of heat by the B + ions for region by implanting B + ions, the substrate surface The distribution of the B atom concentration in the depth direction was measured.
The B atom concentration was measured using secondary ion mass spectrometry (SIMS). The results are shown in FIG.
図６（ａ）は、シリコン基板の中央部の半導体素子中におけるＢ原子濃度の分布、図６（ｂ）は、シリコン基板の周辺部の半導体素子中におけるＢ原子濃度の分布を示す。
実施例１のシリコン基板では、Ｂ原子の拡散を基板表面から４５ｎｍ程度の深さ以下に制御することができた。また、中央部と周辺部とのバラツキはほとんど見られなかった。
実施例２のシリコン基板では、Ｂ原子の拡散を基板表面から３０ｎｍ程度の深さ以下に制御することができた。また、中央部と周辺部とのバラツキはほとんど見られなかった。
6A shows the distribution of B atom concentration in the semiconductor element in the central portion of the silicon substrate, and FIG. 6B shows the distribution of B atom concentration in the semiconductor element in the peripheral portion of the silicon substrate.
In the silicon substrate of Example 1, the diffusion of B atoms could be controlled to a depth of about 45 nm or less from the substrate surface. Moreover, there was almost no variation between the central part and the peripheral part.
In the silicon substrate of Example 2, the diffusion of B atoms could be controlled to a depth of about 30 nm or less from the substrate surface. Moreover, there was almost no variation between the central part and the peripheral part.
一方、比較例のシリコン基板では、Ｂ原子は基板表面から５５〜８０ｎｍ程度にまで深く拡散しており、また、中央部と周辺部においてＢ原子の拡散にバラツキがあった。
この結果、実施例では、シリコン基板に与える熱量を調整して、熱処理を精度よく制御できることが明らかとなった。また、その結果、Ｂ原子濃度の分布の変化は比較的急峻で良好な分布を示した。
On the other hand, in the silicon substrate of the comparative example, B atoms diffused deeply to about 55 to 80 nm from the substrate surface, and there was variation in the diffusion of B atoms in the central portion and the peripheral portion.
As a result, it has been clarified that the heat treatment can be accurately controlled by adjusting the amount of heat applied to the silicon substrate in the example. As a result, the change in the B atom concentration distribution was relatively steep and showed a good distribution.
１……加熱装置 ２……光源 ３……被処理部材 ４……光熱変換手段 ４１……光吸収膜 ４２……補強板 ５……ステージ ６……チャンバー ７、８……空間 １０、１２……ガス貯留部 １１……真空ポンプ １３……電源部 １４……制御部 ２０、２１、２２、２３……配管 ３０、３１、３２、３３……バルブ ３４、３５……圧力ゲージ ５０……駆動装置 ５２……細管 ５３……リング状の磁石 ５４……吊り下げ棒 ５５……磁性体 ６０……駆動装置 ６３……リング状の磁石 ６４……封止部材 ６５……磁性体 １００、１００ａ……半導体素子 １０２……半導体基板 １０３……ゲート絶縁膜 １０５……ゲート電極 １２１……チャネル領域 １２２……ソース領域 １２２ａ……ソース延長領域 １２３……ドレイン領域 １２３ａ……ドレイン延長領域 １２４……素子分離構造
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Heating device 2 ... Light source 3 ... To-be-processed member 4 ... Photothermal conversion means 41 ... Light absorption film 42 ... Reinforcement plate 5 ... Stage 6 ... Chamber 7, 8 ...
Claims (19)
前記光源から照射された光を、前記光熱変換手段により熱に変換し、この熱により前記被処理部材を加熱することを特徴とする加熱方法。 For the photothermal conversion means, arrange the member to be processed on the opposite side of the light source,
A heating method, wherein light irradiated from the light source is converted into heat by the photothermal conversion means, and the member to be processed is heated by the heat.
被処理部材を設置する設置部と、
前記光源と前記設置部との間に設けられ、前記光源から照射された光を熱に変換し、前記被処理部材を加熱する光熱変換手段とを有することを特徴とする加熱装置。 A light source;
An installation part for installing the member to be processed;
A heating apparatus comprising: a light-to-heat conversion unit that is provided between the light source and the installation unit, converts light irradiated from the light source into heat, and heats the member to be processed.
The heating apparatus according to any one of claims 16 to 18, further comprising an atmosphere adjusting unit that adjusts a pressure and / or composition of an atmosphere in a space in which the member to be processed is placed.
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